本发明涉及一种聚脲防护涂料及制备方法，具体涉及一种汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料及制备方法。
背景技术：
随着汽车的产量越来越大，从生产效率方面考虑，目前汽车厂的底盘系统，包括车架、后桥、板簧、传动轴等部件使用的涂料是环氧丙烯酸电泳涂料，或是环氧丙烯酸底面合一涂料，但是，上述涂料耐老化性能不佳，涂膜粉化后就会导致涂膜的耐盐雾性能直线下降。有的汽车还在公司成品库，底盘系统就出现严重粉化和锈蚀等缺陷，有的出口车经过海上运输，底盘系统就已经锈迹斑斑。这种情况给厂家的售后服务带来了很大的困扰，同时也大大地影响了汽车厂的市场信誉。为了解决上述问题，汽车厂亟需寻找一种干燥速度快、满足汽车厂现场施工效率要求，耐老化、耐盐雾以及耐介质等性能俱佳，同时，出于对国家环保政策的考虑，汽车厂需要产品固含高、voc排放符合环保要求以及有害物质限量符合汽车涂料相关要求的高性能底面合一涂料。
cn102796451a公开了一种长效防腐、耐候、超快干涂料及制备方法与应用，是用聚天门冬涂料来改进现有技术，但是，该涂料的涂膜厚度不能超过50μm，涂料必须使用在经过处理的钢材上、不能做底面合一涂料，同时该涂料的耐盐雾时间只有500h，对车架不能起到长效防护。
cn104893523a公开了一种工程机械用极低voc自干型聚天门冬涂料，是将聚天门冬氨酸酯涂料应用于工程机械来改进现有技术，但是，该涂料的耐盐雾性能为720h，与现有技术相比没有实质上的提升。
cn105462484a公开了一种高固含聚天门冬氨酸酯耐候底面合一防腐涂料，是用聚天门冬氨酸酯涂料改进现有技术，替代现有的底面合一涂料，但是，该涂料的实干时间为10h，不能满足工业生产的流水线作业，同时该涂料耐quv老化时间为1000h，与现有产品相比没有很大的提升。
因此，开发一种用于汽车底盘系统的干燥快、综合性能佳、环境友好型的高性能底面合一聚脲防护涂料迫在眉睫。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种干燥速度快，耐老化、耐盐雾以及耐介质性能俱佳，产品固含高、环境友好型的汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料。
本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工艺简单，成本低，适宜于工业化生产的汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料，由a组分和b组分按照1:2～4的体积比混配而成：所述a组分包含异氰酸酯、聚硫改性环氧树脂和稀释剂；所述b组分包含脂肪族合成受阻胺聚脲树脂、着色颜料、填料、石墨烯浆料、有机锌、分散剂、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、防沉剂、流平剂、消泡剂、消光粉和溶剂。a组分主要是作为固化剂，聚硫改性环氧树脂支链上的羟基与异氰酸酯会进行反应。b组分主要是作为基料，b组分通过加入不同类型的脂肪族合成受阻胺聚脲树脂使产品在活化期和干燥时间上到达一个平衡；加入的有机锌与石墨烯浆料进行复配，对产品耐盐雾性能和耐介质性能可以起到协调作用；石墨烯浆料与体系相容性好，可以很好地提高产品的致密性和疏水性性，从而提高涂料的耐老化、耐盐雾等性能。a组分中聚硫改性环氧树脂用环氧基团可以与b组分中的脂肪族合成受阻胺聚脲树脂进行反应，同时b组分中消光粉的羟甲基可以与a组分中异氰酸酯进行反应。因此，涂料体系中同时存在几种类型的化学反应，形成不同类型的交联，得到了一种互穿网络，起到了意想不到的效果。
优选地，一种汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料中，所述各原料的重量份为：所述a组分包含异氰酸酯55～85份、聚硫改性环氧树脂10～30份和稀释剂5～15份；所述b组分包含脂肪族合成受阻胺聚脲树脂25～50份、着色颜料3～20份、填料10～35份、石墨烯浆料5～15份、有机锌5～15份、分散剂0.3～1.0份、紫外光吸收剂0.5～1.5份、紫外光稳定剂0.5～1.5份、防沉剂0.2～1.0份、流平剂0.2～1.0份、消泡剂0.2～1.0份、消光粉1～6份和溶剂5～15份。各种原材料用量只有在所述范围内，才能满足产品各项指标要求。
优选地，a组分中，所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯三聚体。更优选地，所述六亚甲基二异氰酸酯三聚体为拜耳生产的n3790、n3800、n3300或n3390等中的一种或几种。本发明选用刚性和柔性异氰酸酯进行合理搭配，使产品的活化期和干燥时间、产品硬度和柔韧性都达到一个动态平衡。
优选地，a组分中，所述聚硫改性环氧树脂为北京天恒健科技发展有限公司的脂肪族聚硫改性环氧树脂eps15或eps25。所述聚硫改性环氧树脂避免了普通环氧树脂耐老化性差的问题，同时该树脂可以明显提高涂膜的耐盐雾性能和耐化学品性能。
优选地，a组分中，所述稀释剂为脱水二甲苯和脱水醋酸正丁酯。
优选地，b组分中，所述脂肪族合成受阻胺聚脲树脂为飞扬化工生产的f420、f524或f520，广州金铂尔化工生产的k8420、k8428或k8520，上海骏和化工生产的jh-8122、jh-8142或jh-8152等中的一种或几种。
优选地，b组分中，所述着色颜料为高色素碳黑、金红石型钛白、柠黄或酞青蓝等中的一种或几种。所述高色素碳黑更优选日本三菱化工生产的碳黑ma-100，所述金红石型钛白更优选日本石原化工生产的钛白r930。
优选地，b组分中，所述填料为云母粉、滑石粉、高岭土或硫酸钡等中的一种或几种。
优选地，b组分中，所述石墨烯浆料由石墨烯与n-甲基吡啶烷酮以10:60～90（更优选10:70～80）的质量比混配而成。石墨烯是一种二维层状结构的碳材料，能明显提高产品的致密性和疏水性，从而提高产品的耐水性能、耐盐雾性能和耐介质性能。石墨烯以浆料形式加入到b组分中，能提高石墨烯在基料中的分散性和相容性。
优选地，b组分中，所述有机锌为广西新晶公司生产的zpn-ⅰ、zpn-ⅱ或zpn-ⅲ等中的一种或几种。更优选广西新晶公司生产的zpn-ⅰ。所述有机锌避免了锌粉不能研磨而导致涂膜细度难以满足面漆要求的问题，同时有机锌与石墨烯浆料合理搭配，防腐效果明显提高。
优选地，b组分中，所述分散剂为毕克公司生产的byk-110、byk-161、byk-163或byk-atu等中的一种或几种。
优选地，b组分中，所述紫外光吸收剂为巴斯夫384-2、启东金美化学uv-1、天津利安隆化工1130或台湾双键化工cs5530等中的一种或几种。
优选地，b组分中，所述紫外光稳定剂为巴斯夫123、启东金美化学ls-292、天津利安隆化工7292或台湾双键化工cs292等中的一种或几种。
优选地，b组分中，所述防沉剂为德固赛r972。
优选地，b组分中，所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯共聚体或氟碳聚合物等中的一种或几种。
优选地，b组分中，所述消泡剂为改性聚硅氧烷或有机硅聚合物。
优选地，b组分中，所述消光粉为雅宝公司生产的有机消光粉m4、m5或m6等中的一种或几种。所述消光粉的活性基团羟甲基能与异氰酸酯进行交联，提高产品的附着力和交联密度，从而提高涂料的耐水和耐盐雾性能；同时消光粉对涂料的粘度和流动性影响小，有利于提高涂料施工效率和表面效果。
优选地，b组分中，所述溶剂为二甲苯、醋酸正丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯或醋酸乙酯等中的一种或几种。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）a组分的制备方法：先将异氰酸酯和聚硫改性环氧树脂加入反应釜中，匀速搅拌加热，保温反应至异氰酸根的质量百分含量达到11～19%（更优选地14～18%）后，冷却，再加入稀释剂，搅拌均匀，得a组分；
（2）b组分的制备方法：先将部分脂肪族合成受阻胺聚脲树脂与着色颜料、填料、有机锌、分散剂、防沉剂、消泡剂和部分溶剂混合后，进行分散，然后用篮式砂磨机研磨成浆料，再在浆料中加入剩余的脂肪族合成受阻胺聚脲树脂与石墨烯浆料、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、流平剂、消光粉和剩余的溶剂进行调和，过滤，得b组分；
（3）将步骤（1）所得a组分和步骤（2）所得b组分按照1:2～4的体积比混配，即成。
优选地，步骤（1）中，所述匀速搅拌的速度为120～180r/min。若搅拌速度过低，则原料混和均匀的时间会延长，从而延长反应完全的时间；若搅拌速度过快，则剪切力会增大，原料温度上升，异氰酸酯会自聚，从而影响产品质量。
优选地，步骤（1）中，所述加热的温度为80±3℃，所述保温反应的时间为2～4h。若加热温度过低，则原料反应不完全；若加热温度过高，则会引起异氰酸酯自聚，从而影响产品质量。若保温时间过短，则原料反应不完全；若保温时间过长，则会造成能源浪费，影响生产效率。
优选地，步骤（1）中，所述冷却至50±3℃。
优选地，步骤（1）中，加入稀释剂后的搅拌速度为80～140r/min，搅拌的时间为30～60min。若搅拌速度过低，则混合均匀的时间会延长，从而影响生产效率；若搅拌速度过高，则会造成原料温度过高，溶剂会挥发，从而造成浪费和环境污染。若搅拌时间过短，则原料混合不均匀，从而影响产品质量；若搅拌时间过长，则会造成能源浪费，影响生产效率。
步骤（1）中，检测异氰酸根的质量百分含量的目的是判断异氰酸酯和聚硫改性环氧树脂反应是否完全。先加入异氰酸酯和聚硫改性环氧树脂的目的是让两种原材料进行充分和高效的反应，后加入稀释剂是为了降低产品粘度，便于包装和施工。
优选地，步骤（2）中，先后加入的脂肪族合成受阻胺聚脲树脂的质量比为1:0.2～0.8，先后加入的溶剂的质量比为1:0.2～1.0。先加入部分脂肪族合成受阻胺聚脲树脂是为提高颜填料的分散效果和生产效率；后加入部分脂肪族合成受阻胺聚脲树脂的目的是为了对颜填料取到更好的包覆效果，提高产品的存储稳定性。先加入部分溶剂是为了使得浆料有较高的粘度，提高颜填料的分散效果；后加入部分溶剂有利于产品包装，提高生产效率。
步骤（2）中，有的原料先分散，有的原料后分散的目的是使颜填料在体系中能更好的分散，提高产品的存储稳定性，同时提高产品的生产效率。
优选地，步骤（2）中，所述分散的速度为800～1200r/min，分散的时间为30～60min。若分散速度过低，则分散效果较差；若分散速度过高，则原料温度上升，加速溶剂挥发，产生产品质量问题和环境污染。若分散时间过短，则产品混合不均匀，产生产品质量问题；若分散时间过长，则造成能源浪费，降低生产效率。
优选地，步骤（2）中，所述研磨至细度≤20μm。
优选地，步骤（2）中，所述调和的速度为300～500r/min，调和的时间为45～90min。若调和的速度过低，则分散效果较差；若调和速度过高，则原料温度上升，加速溶剂挥发，产生产品质量问题和环境污染。若调和的时间过短，则产品混合不均匀，产生产品质量问题；若调和的时间过长，则造成能源浪费，降低生产效率。
优选地，步骤（2）中，用100～300目的绢布进行过滤。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料可以直接喷涂于汽车底盘系统钢材表面，一次性成膜厚度≥80μm，满足汽车公司的指标要求；涂膜干燥速度快，干燥方式可任意调整，施工效率高，从而满足汽车公司现场施工流水线作业要求；涂层与汽车底盘系统底材附着力强，耐冲击性好、长期户外曝晒不变色，产品耐老化性能、耐盐雾性能、耐介质性能具佳。产品可以有效解决汽车底盘系统易粉化、变色、生锈等问题，给汽车底盘系统提供全方位的防护；同时，本发明聚脲防护涂料产品固含高，属于环境友好型，其应用可提高汽车的整体涂装水平、提升汽车的市场竞争力，具有广阔的市场前景；
（2）本发明方法工艺简单，成本低，适宜于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例所使用的异氰酸酯六亚甲基二异氰酸酯三聚体n3790、n3800、n3390、n3300均购于拜耳；所使用的聚硫改性环氧树脂eps15、eps25均购于北京天恒健科技发展有限公司；所使用的脂肪族合成受阻胺聚脲树脂f420、f524、f520均购于飞扬化工，所使用的脂肪族合成受阻胺聚脲树脂k8420、k8428、k8520均购于广州金铂尔化工；所使用的着色颜料碳黑ma-100购于日本三菱化工，钛白r930购于日本石原化工；所使用的有机锌zpn-ⅰ购于广西新晶公司；所使用的分散剂byk-110、byk-atu均购于毕克公司；所使用的防沉剂r972购于德固赛；所使用的石墨烯浆料由石墨烯与n-甲基吡啶烷酮以10:80的质量比混配而成；所使用的紫外光吸收剂384-2购于巴斯夫，紫外光吸收剂cs5530购于台湾双键化工；所使用的紫外光稳定剂cs292购于台湾双键化工，紫外光稳定剂123购于巴斯夫；所使用的有机消光粉m4、m5、m6均购于雅宝公司。
本发明实施例所使用的化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
实施例1～3
一种汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料实施例1～3
各原料的重量份如表1所示：
表1一种汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料实施例1～3各原料的重量份表
注：表中“-”表示未添加。
一种汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料的制备方法实施例1
（1）a组分的制备方法：按照表1实施例1所述各原料重量份，先将异氰酸酯和聚硫改性环氧树脂加入反应釜中，在180r/min下，匀速搅拌加热至83℃，保温反应4h，至异氰酸根的质量百分含量达到14.5%后，冷却至48℃，再加入稀释剂，在120r/min下，搅拌35min，得a组分；
（2）b组分的制备方法：按照表1实施例1所述各原料重量份，先将部分脂肪族合成受阻胺聚脲树脂与着色颜料、填料、有机锌、分散剂、防沉剂、消泡剂和部分溶剂混合后，在800r/min下，分散40min，然后用篮式砂磨机进行研磨至细度≤15μm，得浆料，再在浆料中加入剩余的脂肪族合成受阻胺聚脲树脂与石墨烯浆料、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、流平剂、消光粉和剩余的溶剂，在350r/min下，调和50min，用200目的绢布过滤，得b组分；
（3）将步骤（1）所得a组分和步骤（2）所得b组分按照1:2的体积比混配，即成。
一种汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料的制备方法实施例2
（1）a组分的制备方法：按照表1实施例2所述各原料重量份，先将异氰酸酯和聚硫改性环氧树脂加入反应釜中，在140r/min下，匀速搅拌加热至80℃，保温反应3h，至异氰酸根的质量百分含量达到16%后，冷却至50℃，再加入稀释剂，在100r/min下，搅拌50min，得a组分；
（2）b组分的制备方法：按照表1实施例2所述各原料重量份，先将部分脂肪族合成受阻胺聚脲树脂与着色颜料、填料、有机锌、分散剂、防沉剂、消泡剂和部分溶剂混合后，在1000r/min下，分散45min，然后用篮式砂磨机进行研磨至细度≤17μm，得浆料，再在浆料中加入剩余的脂肪族合成受阻胺聚脲树脂与石墨烯浆料、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、流平剂、消光粉和剩余的溶剂，在400r/min下，调和65min，用200目的绢布过滤，得b组分；
（3）将步骤（1）所得a组分和步骤（2）所得b组分按照1:3的体积比混配，即成。
一种汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料的制备方法实施例3
（1）a组分的制备方法：按照表1实施例3所述各原料重量份，先将异氰酸酯和聚硫改性环氧树脂加入反应釜中，在120r/min下，匀速搅拌加热至78℃，保温反应2h，至异氰酸根的质量百分含量达到17.5%后，冷却至52℃，再加入稀释剂，在80r/min下，搅拌60min，得a组分；
（2）b组分的制备方法：按照表1实施例3所述各原料重量份，先将部分脂肪族合成受阻胺聚脲树脂与着色颜料、填料、有机锌、分散剂、防沉剂、消泡剂和部分溶剂混合后，在1200r/min下，分散60min，然后用篮式砂磨机进行研磨至细度≤20μm，得浆料，再在浆料中加入剩余的脂肪族合成受阻胺聚脲树脂与石墨烯浆料、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、流平剂、消光粉和剩余的溶剂，在500r/min下，调和80min，用200目的绢布过滤，得b组分；
（3）将步骤（1）所得a组分和步骤（2）所得b组分按照1:4的体积比混配，即成。
将实施例1～3所得汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料和现有技术中市购的环氧丙烯酸底面合一涂料，分别通过promix2ke双组分电子配比流量计系统及空气辅助喷枪，喷涂到汽车底盘车架（基材为钢板），实施例1～3涂料和市购涂料的涂膜厚度（干膜）均为80±5μm。汽车厂对产品的技术指标要求和实施例1～3、市购涂料涂膜性能的实测结果如表2所示。
表2实施例1～3所得汽车底盘系统专用底面合一聚脲防护涂料、
市购的环氧丙烯酸底面合一涂料涂膜性能实测结果
由表2可知，实施例1～3涂料与市购的环氧丙烯酸底面合一涂料相比，本发明涂料具有更高的固含量，具有更低的溶剂和重金属含量以及更低的voc含量，属于环境友好型产品；本发明涂料还具有更好的耐介质、耐老化、耐盐雾以及耐湿热等性能；同时，本发明涂料具有更短的表干和实干时间，产品施工可以提高汽车厂流水线作业的施工效率。
将本发明实施例1～3中的三个涂料分别在我国三个汽车厂进行样板和车架喷涂施工，样板放在湿热海洋环境下曝晒12个月后，涂膜表面没有出现变色、失光、粉化和锈蚀等缺陷；喷涂本发明涂料的车架经过2年使用后，涂层平整光滑、无明显缺陷。